懸掛式軌道交通車輛乘客疏散設施對比研究

1、    懸掛式軌道交通車輛乘客疏散設施對比研究    王曉軍王萬靜摘要：為有效解決懸掛式軌道交通車輛突發(fā)狀況下乘客落地疏散問題，對現(xiàn)有獨立梯道、高空作業(yè)車、柔性滑袋3種乘客疏散設備進行深入地研究。分別介紹這3種設施的結(jié)構(gòu)形式，分析其經(jīng)濟性、時效性、實用性能。然后，基于層次分析法，建立懸掛式軌道交通車輛乘客疏散設施綜合評價模型，計算各疏散設施綜合得分。結(jié)果表明：三種旅客疏散設施均存在一定的缺陷，亟需研制一種經(jīng)濟性好、疏散效率高、實用性強的懸掛式軌道交通車輛新型乘客疏散設備，從而為該型車輛在國內(nèi)推廣應用提供技術支撐。關鍵詞：懸掛式軌道交通車輛；乘客疏散；層次

2、分析法；綜合評價：tb：adoi：10.19311/ki.16723198.2017.13.09120世紀80年代，一種環(huán)保、對原有建筑及環(huán)境影響小、與已有公共交通系統(tǒng)兼容性好的懸掛式空中軌道交通系統(tǒng)在德國開始研制，經(jīng)過多年發(fā)展，多條空軌線路在德國、日本等國家投入使用。2011年，國際空列集團將h-bahn技術引進中國；2014年，懸掛式軌道交通車輛微縮模型在第16屆中國國際工業(yè)博覽會亮相；2015年，懸掛式軌道交通車輛模型再次在中國國際軌道交通展覽會亮相。與傳統(tǒng)的城市軌道交通系統(tǒng)相比，懸掛式軌道交通系統(tǒng)有一定的優(yōu)勢。如：首先，建設工期短，施工便捷，占地少等；然而，該型城市軌道系統(tǒng)至今未有在世

3、界范圍內(nèi)得以大規(guī)模應用，其中有一很重要的原因在于懸掛式軌道交通車輛的運行方式有別于普通的城市軌道交通系統(tǒng)，其車體位于軌道梁下方，其出現(xiàn)緊急事故時旅客疏散存在較大難度。在文獻中就提出了空中軌道交通系統(tǒng)突發(fā)緊急情況無法快速處理的弊端。本文基于層次分析方法對現(xiàn)有存在的三種懸掛式軌道交通車輛疏散設施進行對比分析研究，從而希望為懸掛式軌道交通系統(tǒng)未來的真正推廣應用提供一定技術支撐。1懸掛式軌道交通車輛乘客落地疏散設施目前懸掛式軌道交通車輛乘客疏散方式主要分為留車待援與落地疏散兩類，兩類疏散方式互為補充、不可替代。留車待援方式基于專用救援車輛展開，當時間緊急或其他原因?qū)е戮仍囕v不能及時到達現(xiàn)場時，需采用

4、落地疏散方式。目前用于落地疏散的設施主要有獨立梯道、高空作業(yè)平臺車、柔性滑袋3種。1.1獨立梯道利用獨立梯道疏散乘客已經(jīng)有大量成熟的應用，如圖1所示為日本千葉市懸掛式軌道交通車輛系統(tǒng)采用的獨立梯道與柔性滑袋。用于懸掛式軌道交通車輛的獨立梯道在靠近車輛地板面附近的位置設置逃生平臺，平臺與地面之間通過梯道連接，梯身用獨立支柱支撐，并在梯子兩側(cè)布置有扶欄。1.2高空作業(yè)平臺車利用類似消防救火車的舉高作業(yè)車輛，快速到達懸掛式軌道交通車輛事故（故障）地點后，通過其舉高伸長臂上的平臺，將乘客轉(zhuǎn)移至地面，如圖2所示。1.3柔性滑袋在日本引進懸掛式軌道交通車輛系統(tǒng)后，將用于高樓逃生的柔性滑袋移植到懸掛式軌道交

5、通車輛，用于懸掛式軌道交通車輛突發(fā)緊急狀況下疏散乘客，如圖1所示。為配合該種救援設備，需要在懸掛式軌道交通車輛底部開逃生口，使用時將柔性滑袋從逃生口放下后，柔性滑袋上部與車體固定。在地面救援人員的拉拽作用下，柔性滑袋形成與車體底板有一定的夾角的下滑段以及與地面平行的緩沖段。2懸掛式軌道交通車輛乘客落地疏散設施特點分析國外懸掛式軌道交通車輛多采用1-3節(jié)編組，根據(jù)我國實際需求，懸掛式軌道交通車輛在國產(chǎn)化過程中應會采用3節(jié)編組，所以本文分析時假設車輛采用3節(jié)編組，每節(jié)車廂乘載75人，車地板面離地最大高度為8m。2.1獨立梯道2.1.1經(jīng)濟性分析懸掛式軌道交通車輛獨立梯道乘客疏散設施與傳統(tǒng)軌道交通系

6、統(tǒng)的長大橋梁逃生梯道作用原理相同、結(jié)構(gòu)相似，故可根據(jù)傳統(tǒng)軌道交通系統(tǒng)的長大橋梁逃生梯道建設、維護費用估算其經(jīng)濟性。文獻提到京滬高鐵遼河2號特大橋3處逃生梯道，其建設費用見表1。由表1估算出，寬1.5m，高8m的獨立梯道，建設費用約為9萬。獨立梯道日常維護管理較為簡單，預估每年花費為800元。2.1.2疏散效率計算參考我國2003版地鐵設計規(guī)范站臺層事故疏散時間計算公式：t=1+q1+q20.9a1n-1+a2b（1）式中q1為列車乘客數(shù)（人），此處取值為225；q2為站臺上候車乘客和站臺上工作人員（人），此處取值0；a1為自動扶梯通過能力人/（min·m），此處取值0；a2為人行樓梯

7、通過能力人/（min·m），根據(jù)我國2013版地鐵設計規(guī)范第9.3.14條知，人行樓梯下行通過能力為70人/（min·m）；n為自動扶梯臺數(shù)，此處取值為0；b為人行樓梯總寬度（m），此處取值為15。計算得，通過獨立梯道疏散225名乘客，約需要34min。2.1.3實用性分析獨立梯道在我國傳統(tǒng)軌道交通的長大橋梁及城市高架橋梁中已有大量應用，其本身的技術條件均已較為成熟，能夠保證疏散工作組織、操作難易程度及安全性。但是，懸掛式軌道交通車輛系統(tǒng)的車輛位于軌道梁的下方，除站臺與逃生梯道的逃生平臺外，沒有乘客立足之處，與傳統(tǒng)軌道交通系統(tǒng)存在較大差異，只能使事故（故障）車繼續(xù)行駛至指定

8、疏散位置后進行疏散。這不但增加了乘客疏散對車廂外條件的依賴性，而且降低了乘客疏散工作展開及時性，實用性不高。2.2高空作業(yè)平臺車徐工集團gks22曲臂式高空作業(yè)車是一種典型的高空作業(yè)平臺車，其平臺長1.8m，寬0.9m，高115m；最大平臺高度20.7m，能夠滿足懸掛式軌道交通車輛乘客疏散使用，所以本文以gks22為例進行分析。2.2.1經(jīng)濟性分析 根據(jù)經(jīng)銷商提供的資料，gks22單臺售價約為80萬元，年維護費用約為2000元。2.2.2疏散效率計算假設高空作業(yè)平臺車舉高、回收作業(yè)時，作勻速運動，并忽略乘客等待時間，則該種疏散方式的疏散時間可用下式計算：t=qq×hv×2（

9、2）式中：q為疏散總乘客數(shù)（人），此處取值225；q為高空作業(yè)車單次疏散乘客數(shù)（人），按照每平方米站立9人計算，gks22單次可疏散14人；h為升降高度（m），此處取值8；v為高空作業(yè)車平均舉升速度（m/min），此處取值20。根據(jù)式（2）得，通過高空作業(yè)車疏散225名乘客，約需要12.9min。2.2.3實用性分析高空作業(yè)車疏散乘客時，需要乘客在非封閉式的平臺上轉(zhuǎn)移，其安全性較其他疏散設施稍差；由于高空作業(yè)車每次只能疏散部分乘客，疏散現(xiàn)場容易混亂無序，需有專業(yè)人員在現(xiàn)場組織疏散增加了組織操作難度；高空作業(yè)車需要專業(yè)操作人員駕駛至待救援車輛處，增加了其對車廂外條件的依賴性，并使乘客疏散的及時性

10、降低。2.3柔性滑袋2.3.1經(jīng)濟性分析資料表明，用于高層逃生的柔性滑袋每米價格1.2萬元，用于懸掛式軌道交通車輛的柔性滑袋緩沖作用機理簡化，制造成本降低，預估為0.8萬元/m。按照最大救援高度8m，傾角35°，緩沖段2m計算，則所需柔性滑袋總長度為16m，建設總費用共需花費約13萬元人民幣。柔性滑袋平時置于密閉箱內(nèi)，需防水、防蟲、防污染，可長期存放，每年維護管理費用約為1000元。2.3.2疏散效率計算懸掛式軌道交通車輛乘客采用柔性滑袋逃生時，地面救援人員可通過調(diào)整下滑段與車底板間的夾角來靈活調(diào)整乘客下滑速度，該種方法原理與兒童滑梯相似。為使乘客下滑順暢，柔性滑袋內(nèi)表面需要有一定的

11、光滑度，此處假設乘客下滑時平均摩擦系數(shù)為0.2，并假設乘客下滑間隔為2s。由于緩沖段貼近地面，可認為乘客滑行至該段時已經(jīng)疏散成功，故不考慮該段滑行所需時間；同時，在地面人員的拖拽作用下，柔性滑袋形成的下滑段滑道接近直線，忽略其撓曲，則疏散時間計算公式為：t=2sgsin-gcos+2（q-1）（3）式中：s為柔性滑袋下滑段長度（m），此處取值14；g為當?shù)刂亓铀俣龋╩/s2），此處取值9.8；為滑梯傾角（°），此處取值35；為摩擦系數(shù)，此處取值0.2；q為總疏散人數(shù)，此處取225。由式（3）計算得，采用柔性滑袋疏散225名乘客共需約455s，即7.6min。2.3.3實用性分析乘客

12、疏散時，在柔性滑袋半封閉空間內(nèi)下滑，安全性高，但是該種設備不為乘客熟悉，會增加疏散工作的組織操作難度，并且柔性滑袋需要在地面專業(yè)救援人員的參與下才能完成乘客疏散工作，對車廂外條件依賴性高。3懸掛式軌道交通車輛乘客疏散設施綜合評價3.1評價指標體系建立如圖2所示懸掛式軌道交通車輛乘客疏散設施評價指標體系，該體系主要分為經(jīng)濟性指標、時效性指標、實用性指標等三個方面，分別表示為a1、a2、a3。經(jīng)濟性指標指懸掛式軌道交通車輛乘客疏散設施所需要投入的資金成本，包括初期建設投資b1和維護管理費用b2兩個二級指標；時效性指標包括疏散效率b3和逃生工作展開及時性b4兩個二級指標，疏散效率用全部乘客疏散所需時

13、間來表示；實用性指標包括安全性b5、組織操作難易程度b6、對車廂外條件依賴性b7等三個二級指標，安全性反映乘客疏散過程中疏散設施自身的安全性，組織操作難易程度指工作人員組織疏散及乘客使用該形式疏散設施的難易程度；對車廂外條件依賴性反映乘客疏散設施依靠自身條件完成疏散的能力。3.2綜合評價模型根據(jù)前文建立的二級評價體系，依據(jù)實際情況，采用9級標度法確定各指標對上一級指標的相對重要度，并構(gòu)建相應的判斷矩陣。經(jīng)濟性、時效性、實用性為懸掛式軌道交通車輛乘客疏散設施的一級評價指標，由這3個指標相對于懸掛式軌道交通車輛乘客疏散設施的重要程度構(gòu)建判斷矩陣：a1=11313311311（4）矩陣中的數(shù)值為經(jīng)濟

14、性、時效性、實用性的相對重要度。權(quán)重計算公式為：wi=1nnj=1aijnk=1akji=1，2，n（5）式中：wi為同級指標對上一層指標的相對權(quán)重；aij、akj為所構(gòu)建判斷矩陣中對應元素。由式（5）分別計算各指標的相對權(quán)重，構(gòu)建權(quán)重向量w1=（0.14280.42860.4286）t。根據(jù)如下式（6）進行一致性檢驗：3.3實例分析由于各指標評價標準單位不一致，不能直接相加，需先將各指標同一化處理。根據(jù)前文分析，確定經(jīng)濟性及疏散效率的分級得分標準，見表8。采用式（7）所示的分級比例內(nèi)插法將經(jīng)濟性指標及疏散效率轉(zhuǎn)化為對應的10分制分值，并對其余指標進行10分制打分，結(jié)果見表9。y=yj+1+x

15、i+1-xxi+1-xi×（yj-yj+1）（7）式中，x為指標實測值，xi及xi+1分別為指標實測值所在分級得分區(qū)間指標實測值的下限及上限，且xxi，xi+1；y為對應指標得分，yj及yj+1分別為指標實測值所在分級得分區(qū)間分值的上、下限。4結(jié)論獨立梯道經(jīng)濟性、疏散效率、安全性、組織操作難易程度均較好，但是該設施要求車輛自身在出現(xiàn)事故或故障后仍能夠繼續(xù)行駛，不能保證乘客疏散工作及時展開；高空作業(yè)車在各項評價指標得分均低于或等于其他2種落地疏散設施，綜合得分僅為6.326，為所研3種落地疏散設施中得分最低者，不建議對懸掛式軌道交通車輛配備此種乘客疏散設備。與其他2種落地疏散設施相比，

16、柔性滑袋在各項評價指標中得分較均衡，綜合得分為7.314，為所研3種落地疏散設施得分最高者，但是該設備仍存在造價較昂貴、需地面救援人員協(xié)助，無法獨立完成乘客疏散等缺點。所研落地疏散設施均存在一定的缺陷，亟需研制一種經(jīng)濟性好、疏散效率高、實用性強的懸掛式軌道交通車輛新型乘客疏散設備，從而為該型車輛在國內(nèi)推廣應用提供技術支撐。參考文獻1秦武.空中軌道交通系統(tǒng)的適用性分析j.城市公用事業(yè)，2012，（6）.2李茂鵬.高速鐵路長大橋梁在突發(fā)事件中人員逃生模式疏散效率及抗震能力研究d.成都：西南交通大學，2008.3安全報告書2009eb/ol.千葉都市株式會社，http：/chiba-monorail.co.jp/index.php/company-info/safetyreport/，2010.4安全報告書2013eb